散熱器-地暖混合供熱系統(tǒng)方案比選

趙 航

(太原市熱力集團(tuán)有限責(zé)任公司第五供熱分公司，山西 太原 030013)

0 引言

近年來(lái),伴隨著城市的快速發(fā)展及城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷加快,城市集中供熱系統(tǒng)建設(shè)的規(guī)模也越來(lái)越大。在許多新建建筑中,地面輻射采暖系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用,尤其是民用高層建筑中,絕大多數(shù)采用的都是地面輻射采暖方式;而在早期的建筑中,散熱器采暖系統(tǒng)被廣泛利用。

由于兩種采暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)、運(yùn)行參數(shù)及調(diào)節(jié)方式不同,對(duì)于同一供熱系統(tǒng),兩種采暖方式存在用熱矛盾,對(duì)此,本文將針對(duì)同一熱力站供熱系統(tǒng)中,對(duì)散熱器-地暖采暖混合供熱方式進(jìn)行研究分析及應(yīng)用,為今后既有散熱器供熱建筑又有地暖供熱建筑區(qū)域的供熱提供了解決方案。

1 熱力站及小區(qū)基本情況

1.1 熱力站基本情況

本文選取存在散熱器-地暖混合供熱的某座熱力站,該熱力站設(shè)計(jì)供熱面積12萬(wàn)m2,設(shè)計(jì)為散熱器供熱系統(tǒng)。

熱力站建成投運(yùn)之初,實(shí)際采暖負(fù)荷7.5萬(wàn)m2。熱力站進(jìn)行擴(kuò)網(wǎng)時(shí),增加了2趟地暖分支,面積為3.3萬(wàn)m2。熱力站擴(kuò)網(wǎng)后,實(shí)際供熱面積達(dá)10.8萬(wàn)m2,其中暖氣分支7.5萬(wàn)m2,地暖1分支1.5萬(wàn)m2,地暖2分支1.8萬(wàn)m2。熱力站擴(kuò)網(wǎng)后二次網(wǎng)管路的示意圖如圖1所示[1]。

1.2 小區(qū)供熱基本情況及存在問(wèn)題

熱力站建成投運(yùn),僅負(fù)擔(dān)小區(qū)內(nèi)散熱器采暖系統(tǒng)的用戶(hù)供熱,住戶(hù)室內(nèi)供熱效果良好。在同一供熱系統(tǒng)中擴(kuò)網(wǎng)增加了地暖用戶(hù)后,散熱器和地暖分支熱量分配不平衡,導(dǎo)致散熱器用戶(hù)供熱效果欠佳,運(yùn)行期間熱力站循環(huán)泵出力調(diào)至最大,但受地暖用戶(hù)影響,散熱器用戶(hù)供暖效果依然不佳,無(wú)法從根本上改變現(xiàn)狀。

2 散熱器-地暖混合供熱系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

1)散熱器、地面輻射相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范。

根據(jù)GB 50736—2012民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范,散熱器供暖系統(tǒng)應(yīng)采用熱水作為熱媒,散熱器集中供暖系統(tǒng)宜按75 ℃/50 ℃連續(xù)供暖進(jìn)行設(shè)計(jì),且供水溫度不宜大于85 ℃,供回水溫差不宜小于20 ℃。熱水地面輻射供暖系統(tǒng)供水溫度宜采用35 ℃～45 ℃,不應(yīng)大于60 ℃;供回水溫差不宜大于10 ℃,且不宜小于5 ℃[2-3]。

2)方案一:循環(huán)泵后進(jìn)換熱器前為地暖分支二次網(wǎng)供水管增設(shè)旁通管。

a.設(shè)計(jì)思路。地暖供熱系統(tǒng)與散熱器供熱系統(tǒng)并聯(lián),在二次網(wǎng)循環(huán)泵出口增設(shè)地暖供熱系統(tǒng)混流旁通管,旁通管設(shè)置止回閥,在地暖分支二次網(wǎng)供水管及旁通管增設(shè)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥,同時(shí)在管路上設(shè)置壓力表、溫度計(jì)、壓力變送器、溫度變送器。通過(guò)調(diào)節(jié)地暖二次網(wǎng)供水管與二次網(wǎng)總回水管間的壓力,實(shí)現(xiàn)混合供熱,保證熱水穩(wěn)定輸出?；旌瞎嵯到y(tǒng)設(shè)計(jì)方案如圖2所示。

b.設(shè)計(jì)參數(shù)選擇。由于地暖供熱系統(tǒng)與散熱器供熱系統(tǒng)并聯(lián),二次網(wǎng)供水溫度選擇散熱器供熱系統(tǒng)供水溫度,根據(jù)GB 50736—2012民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范要求,選擇二次網(wǎng)供水溫度t供為80 ℃。散熱器供熱系統(tǒng)供、回水溫度t1g=80 ℃，t1h=60 ℃;地暖供熱系統(tǒng)供、回水溫度t2g=60 ℃，t2h=50 ℃。熱指標(biāo)選取50 W/m2。

c.相關(guān)供熱參數(shù)計(jì)算。散熱器供熱系統(tǒng)計(jì)算流量為q1,地暖供熱系統(tǒng)計(jì)算流量q2,循環(huán)泵計(jì)算流量q總。

其中,散熱器供熱系統(tǒng)熱負(fù)荷φ1，地暖供熱系統(tǒng)φ2由熱指標(biāo)、相關(guān)供熱面積可計(jì)算求得。

根據(jù)熱平衡關(guān)系,可求得二次網(wǎng)回水溫度t回:

根據(jù)熱平衡關(guān)系,可求得由旁通管進(jìn)地暖供熱系統(tǒng)的流量q20與由供水干管進(jìn)入地暖供熱系統(tǒng)的流量q21的比k,進(jìn)而可求得由旁通管進(jìn)地暖供熱系統(tǒng)的流量q20和由供水干管進(jìn)入地暖供熱系統(tǒng)的流量q21:

q2=q20+q21。

該方案通過(guò)相關(guān)供熱參數(shù)的計(jì)算,可指導(dǎo)實(shí)際供熱運(yùn)行中調(diào)節(jié),保證散熱器供熱系統(tǒng)和地暖供熱系統(tǒng)的供熱效果。該方案優(yōu)點(diǎn)在于改造簡(jiǎn)單,改造無(wú)需更多占據(jù)熱力站空間。

3)方案二:地暖供熱系統(tǒng)回水管與地暖供熱系統(tǒng)供水管間增設(shè)旁通管。

a.設(shè)計(jì)思路:地暖供熱系統(tǒng)與散熱器供熱系統(tǒng)并聯(lián),在地暖供熱系統(tǒng)二次網(wǎng)供、回水管之間增設(shè)旁通管,旁通管增設(shè)止回閥,在地暖供熱系統(tǒng)二次網(wǎng)供水管道上安裝混合泵,在地暖供熱系統(tǒng)二次網(wǎng)回水管及旁通管增設(shè)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥,同時(shí)在管路上設(shè)置壓力表、溫度計(jì)、壓力變送器、溫度變送器?；旌瞎嵯到y(tǒng)設(shè)計(jì)方案如圖3所示。

b.設(shè)計(jì)參數(shù)選擇。與上一個(gè)方案設(shè)計(jì)參數(shù)選取一致。

c.相關(guān)供熱參數(shù)計(jì)算。根據(jù)熱平衡關(guān)系,可求得由旁通管進(jìn)地暖供熱系統(tǒng)的流量q20與由供水干管進(jìn)入地暖供熱系統(tǒng)的流量q21的比k,進(jìn)而可求得由旁通管進(jìn)地暖供熱系統(tǒng)的流量q20和由供水干管進(jìn)入地暖供熱系統(tǒng)的流量q21：

q2=q20+q21。

根據(jù)熱平衡關(guān)系,可求得二次網(wǎng)回水溫度t回:

該方案同樣可以達(dá)到上一個(gè)方案的調(diào)節(jié)效果,但該方案調(diào)節(jié)可以更加靈活,不影響散熱器采暖系統(tǒng)的調(diào)節(jié)運(yùn)行,同時(shí)增加混合泵可優(yōu)化熱力站循環(huán)泵、板式換熱器的選型。

3 自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 自動(dòng)控制系統(tǒng)組成

自動(dòng)控制系統(tǒng)主要由氣候補(bǔ)償器、地暖供熱系統(tǒng)二次網(wǎng)供水溫度變送器、控制器、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥及自動(dòng)控制柜組成,原理圖如圖4所示。

3.2 自動(dòng)控制系統(tǒng)原理

首先,根據(jù)室外氣溫與地暖供熱系統(tǒng)供水溫度的關(guān)系,氣候補(bǔ)償器采集到相關(guān)數(shù)據(jù),當(dāng)此時(shí)地暖供熱系統(tǒng)二次網(wǎng)供水溫度與設(shè)定溫度不符時(shí),溫度變送器通過(guò)控制信號(hào)e反饋,控制器指揮電動(dòng)調(diào)節(jié)閥調(diào)整開(kāi)度,使地暖供熱系統(tǒng)二次網(wǎng)供水溫度達(dá)到設(shè)定值。

當(dāng)室外氣溫升高時(shí),地暖供熱系統(tǒng)二次網(wǎng)供水電動(dòng)調(diào)節(jié)閥開(kāi)度減小,旁通管電動(dòng)調(diào)節(jié)閥開(kāi)度增大,使通過(guò)旁通管的流量增大,降低二次網(wǎng)供水溫度,滿(mǎn)足供熱需求;當(dāng)室外氣溫降低時(shí)地暖供熱系統(tǒng)二次網(wǎng)供水電動(dòng)調(diào)節(jié)閥開(kāi)度增大,旁通管電動(dòng)調(diào)節(jié)閥開(kāi)度減小,使更多的流量回到板式換熱器,提高二次網(wǎng)供水溫度,滿(mǎn)足供熱需求。

4 方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選

4.1 技術(shù)性比選

1)方案一。技術(shù)性?xún)?yōu)勢(shì):該方案改造簡(jiǎn)單,不需設(shè)置混合泵,改造占地面積小;改造后,針對(duì)散熱器供熱系統(tǒng)供熱面積較大、地暖供熱系統(tǒng)供熱面積較小的小區(qū)可以采用。且今后設(shè)備維修量小,對(duì)今后設(shè)備維修保養(yǎng)有利。

2)方案二。技術(shù)性?xún)?yōu)勢(shì):該方案僅在地暖供熱系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行改造,改造后地暖供熱系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行,對(duì)散熱器供熱系統(tǒng)影響較小。且該方案設(shè)置了混合泵,可以適應(yīng)更大流量范圍的調(diào)節(jié),對(duì)于保障用戶(hù)供熱效果優(yōu)勢(shì)更為明顯。從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度看,該方案優(yōu)化了熱力站循環(huán)泵、板式換熱器選型,對(duì)比方案一,在節(jié)電、節(jié)熱方面優(yōu)勢(shì)更加明顯。

4.2 經(jīng)濟(jì)性比選

1)方案一。經(jīng)濟(jì)性?xún)?yōu)勢(shì):該方案不需設(shè)置混合泵,利用熱力站內(nèi)既有設(shè)備便可完成改造,經(jīng)濟(jì)性?xún)?yōu)勢(shì)更好。

2)方案二。經(jīng)濟(jì)性?xún)?yōu)勢(shì):該方案需要設(shè)置混合泵,且為了經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,需更換熱力站循環(huán)泵、板式換熱器等設(shè)備,改造投資較大,但通過(guò)后期運(yùn)行管理,可節(jié)約電費(fèi)及熱費(fèi)。

方案一與方案二改造費(fèi)用對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 方案一與方案二改造費(fèi)用對(duì)比

5 結(jié)語(yǔ)

5.1 結(jié)論

針對(duì)上述存在供熱問(wèn)題的小區(qū),由于小區(qū)散熱器供熱系統(tǒng)供熱面積大于地暖供熱系統(tǒng)面積,且面積相差較大,調(diào)節(jié)方面較容易實(shí)現(xiàn),同時(shí),由于熱力站改造空間相對(duì)有限,根據(jù)熱力站現(xiàn)狀,選擇經(jīng)濟(jì)性較好的方案一為改造方案。

5.2 方案擴(kuò)展應(yīng)用

對(duì)于其他熱力站既有散熱器供熱區(qū)域,又有地暖供熱區(qū)域,可以根據(jù)熱力站符合情況及熱力站的空間時(shí),可通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較,選擇方案一或方案二進(jìn)行新建或改造,以滿(mǎn)足熱用戶(hù)的用熱需求。